DE10047091A1

DE10047091A1 - Flüssigkristalline Mischungen

Info

Publication number: DE10047091A1
Application number: DE10047091A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Kojima; Fumio Shimano
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-11
Also published as: JP5100939B2; HK1044559B; CN1253530C; CN1344778A; EP1191082B1; TWI292779B; EP1191082A1; KR100743725B1; DE50101496D1; KR20020023144A; HK1044559A1; JP2002155281A; ATE259872T1

Abstract

Die Erfindung betrifft TN- und STN-Flüssigkristallanzeigen sowie die darin verwendeten nematischen Flüssigkristallmischungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Verbindungen der Formel I DOLLAR F1 und ein oder mehrere Verbindungen der Formel II DOLLAR F2 enthalten, worin R·1·, R·2·, R·2*· und Y die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen besitzen.

Description

Die Erfindung betrifft flüssigkristalline Mischungen in verdrillten und hochverdrillten, nematischen Flüssigkristallanzeigen (englisch: Twisted Nematic, kurz: TN; bzw. Supertwisted Nematic, kurz: STN) mit sehr kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und Winkelabhängigkeiten sowie insbesondere deren Verwendung.

TN-Anzeigen sind bekannt, z. B. aus M. Schadt und W. Helfrich, "Appl. Phys. Lett.", 18, 127 (1971). STN-Anzeigen sind bekannt, z. B. aus EP 0 131 216 B1; DE 34 23 993 A1; EP 0 098 070 A2; M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle (8.-10.04.87); K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt und F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987); F. Leenhouts et al., "Appl. Phys. Lett.", 50 (21), 1468 (1987); H. A. von Sprang und H. G. Koopman, "J. Appl. Phys.", 62 (5), 1734 (1987); T. J. Scheffer und J. Nehring, "Appl. Phys. Lett.", 45 (10), 1021 (1984), M. Schadt und F. Leenhouts, "Appl. Phys. Lett.", 50 (5), 236 (1987) und E. P. Raynes, "Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters", Vol. 4 (1), pp. 1-8 (1986). Der Begriff STN umfasst hier jedes höher verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrage nach zwischen 160° und 360°, wie beispielsweise die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C. M. Waters et al., "Proc. Soc. Inf. Disp." (New York) (1985) (3rd Intern. Display Conference, Kobe, Japan), die STN-LCD's (DE OS 35 03 259), SBE-LCD's (T. J. Scheffer und J. Nehring, "Appl. Phys. Lett.", 45 (1984) 1021), OMI-LCD's (M. Schadt und F. Leenhouts, "Appl. Phys. Lett.", 50 (1987), 236, DST-LCD's (EP OS 0 246 842) oder BW-STN- LCD's (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).

Insbesondere STN-Anzeigen zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN- Anzeigen durch wesentlich bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und damit verbundenen, besseren Kontrastwerten sowie durch eine wesentlich geringere Winkelabhängigkeit des Kontrastes aus.

Von besonderem Interesse sind TN- und STN-Anzeigen mit sehr kurzen Schaltzeiten insbesondere auch bei tieferen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen Schaltzeiten wurden bisher die Rotationsviskositäten ν₂₀ der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von meist monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.

Zur Erzielung einer steilen, elektrooptischen Kennlinie in den erfindungsgemäßen Anzeigen sollen die Flüssigkristallmischungen relativ große Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten K₃₃/K₁₁ sowie relativ kleine Werte für Δε/ε_⟂ aufweisen, wobei Δε die dielektrische Anisotropie und die dielektrische Konstante senkrecht zur Moleküllängsachse ist.

Über die Optimierung des Kontrastes und der Schaltzeiten hinaus werden an derartige Mischungen weitere, wichtige Anforderungen gestellt:

1. Breites d/p-Fenster
2. Hohe chemische Dauerstabilität
3. Hoher elektrischer Widerstand
4. Geringe Frequenz- und Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.

Die erzielten Parameterkombinationen sind bei weitem noch nicht ausrei chend, insbesondere für Hochmultiplex-STN-Anzeigen (mit einer Multiplexrate im Bereich von ca. 1/400), aber auch für Mittel- und Niedermultiplex-STN- (mit Multiplexraten im Bereich von ca. 1/64 bzw. 1/16) und TN-Anzeigen. Zum Teil ist dies darauf zurückzuführen, dass die verschiedenen Anforderungen durch Materialparameter gegenläufig beeinflusst werden.

Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf für flüssigkristalline Mischungen, insbesondere für TN- und STN-Anzeigen mit sehr kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung, die den oben angegebenen Anforderungen gerecht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, TN- und STN-Anzeigen bereitzustellen, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße und gleichzeitig kurze Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen, und sehr gute Steilheiten aufweisen.

Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, die ein oder mehrere Verbindungen der Formel I:

und ein oder mehrere Verbindungen der Formel II:

enthalten,
worin die einzelnen Reste die folgenden Bedeutungen besitzen:
R¹, R²
und R^2* jeweils unabhängig voneinander eine gegebenenfalls fluorierte Alkyl-, Alkoxy-, Alkenyl oder Alkenyloxygruppe mit bis zu 12 C- Atomen, wobei auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂- Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und
Y F, Cl, OCF₃, OCHF₂ oder OCHFCF₃.

Die Verwendung der Verbindungen der Formeln I und II in den Mischungen für erfindungsgemäße TN- und STN-Anzeigen bewirkt:

- hohe Steilheit der elektrooptischen Kennlinie;
- geringe Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung, und
- sehr schnelle Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen.

Die Verbindungen der Formeln I und II verkürzen insbesondere deutlich die Schaltzeiten von TN- und STN-Mischungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Steilheit und geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellen spannung.

Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Mischungen durch folgende Eigenschaften aus:

- niedrige Viskosität,
- niedrige Schwellenspannung und Operationsspannung,
- lange Lagerzeiten im Display bei tiefen Temperaturen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Flüssigkristall-Display mit:

- zwei Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen, nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver, dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0 Grad bis 30 Grad und
- einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwi schen 22,5° und 600°,

dadurch gekennzeichnet, dass es eine Flüssigkristallmischung enthält, die mindestens eine Verbindung der Formel I und mindestens eine Verbindung der Formel II enthält.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungs gemäße Mischung aus:

- einer nematischen Flüssigkristallmischung, bestehend aus
- a) 15-75 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von über +1,5;
- b) 25-85 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie zwischen -1,5 und +1,5;
- c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente D, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von unter -1,5 und
- d) gegebenenfalls einer optisch aktiven Komponente C in einer Menge, dass das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen, nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt,

wobei die Komponente A mindestens eine Verbindung der Formel I und die Komponente B mindestens eine Verbindung der Formel II enthält.

Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flüssigkristall mischungen zur Verwendung in TN- und STN-Anzeigen, insbesondere in mittel- und niedrigmultiplexierten STN-Anzeigen.

Formel I umfasst insbesondere Verbindungen der Formeln I1 bis I5:

worin n 1-10 und m 1-5 bedeutet, wobei m + n ≦ 10.

Y bedeutet in den Verbindungen der Formel I vorzugsweise F, ferner OCF₃; m ist vorzugsweise 0, ferner 1 oder 2.

Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße TN- und STN-Anzeigen, die wenigstens eine Verbindung der Formel I1 und/oder I4, besonders bevorzugt jeweils wenigstens eine Verbindung der Formel I1 enthalten.

In den Formeln I4 und I5 bedeutet der Alkenylrest bevorzugt 1E-alkenyl oder 3E-alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen.

Der Anteil der Verbindungen der Formel I in den Mischungen beträgt 2,0 bis 30 Gew.-% vorzugsweise 5,0 bis 25 Gew.-%, insbesondere 5,0 bis 20 Gew.-%.

Zu den bevorzugten Verbindungen der Formel II zählen insbesondere die Verbindungen der Formeln II1 bis II4:

worin x und y jeweils 1 bis 10 bedeuten, wobei x + y ≦ 10 und z 1-5 bedeutet.

Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formel II1. Vorzugsweise erhalten die erfindungsgemäßen Mischungen ein oder zwei Verbindungen der Formel II, insbesondere der Formel II1.

Der Anteil der Verbindungen der Formel II in der flüssigkristallinen Mischung beträgt vorzugsweise 5-30 Gew.-%, insbesondere 8-20 Gew.-%.

Die Verbindungen der Formeln I1 und I5 mit einer dielektrischen Anisotropie von < 1,5 sind der oben definierten Komponente A zuzuordnen. Die unpolaren Verbindungen der Formel II mit einer dielektrischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5 sind der oben definierten Komponente B zuzuordnen.

Die Verwendung von Verbindungen der Formel I führt in den erfindungs gemäßen Flüssigkristallmischungen zu besonders niedrigen Werten der Rotationsviskosität und zu TN- und STN-Anzeigen mit einer hohen Steil heit und schnellen Schaltzeiten, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Die Komponente A enthält neben einer oder mehreren Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere Cyanoverbindungen der folgenden Formeln IIIa bis IIIj:

worin R³ eine der in Formel I für R¹ angegebenen Bedeutungen besitzt und L¹ bis L⁴ jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten. R³ bedeutet in diesen Verbindungen besonders bevorzugt Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 8 C-Atomen.

Besonders bevorzugt sind Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIIb, IIIc und IIIf, insbesondere solche, worin L¹ und/oder L² F bedeuten, enthalten. Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln:

Weiterhin bevorzugt sind Verbindungen der Formeln:

wobei Alkenyl vorzugsweise 1E- oder 3E-Alkenyl mit bis zu 6 C-Atomen bedeutet.

Besonders bevorzugt sind hier die Verbindungen der Formel:

Die Komponente A enthält neben einer oder mehreren Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere 3,4,5-Trifluorphenylverbindungen der Formeln I*A bis I*I:

sowie gegebenenfalls eine oder mehrere Verbindungen mit polarer Endgruppe der Formeln I**A bis I**S:

worin R** eine der für R¹ in Formel I angegebenen Bedeutungen besitzt und L³ und L⁴ jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten. R** bedeutet in diesen Verbindungen besonders bevorzugt Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 8 C-Atomen.

Die einzelnen Verbindungen der Formeln I, I*A - I*H, I**A bis I**S, II und III bzw. deren Unterformeln oder auch andere Verbindungen, die in den erfindungsgemäßen TN- und STN-Anzeigen verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbin dungen hergestellt werden.

Die Verbindungen der Formel I besitzen niedrige Viskositäten, insbesondere niedrige Rotationsviskositäten, sowie niedrige Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten K₃₃/K₁₁, und führen daher zu in den erfindungsgemäßen Anzeigen zu kurzen Schaltzeiten, während die Anwesenheit von Verbindungen der Formel IIa mit hoher, dielektrischer Anisotropie, insbesondere in erhöhten Konzentrationen, eine Verringerung der Schwellenspannung bewirkt.

Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Komponente A, vorzugsweise in einem Anteil von 15% bis 75%, besonders bevorzugt von 20% bis 65%. Diese Verbindungen besitzen eine dielektrische Anisotropie Δε ≧ + 3, insbesondere Δε ≧ + 8, besonders bevorzugt Δε ≧ + 12.

Weitere bevorzugte Mischungen enthalten:

- eine oder mehrere, insbesondere eine oder zwei bis vier Verbindungen der Formel I,
- eine oder zwei Verbindungen der Formel I1,
- eine oder mehrere, insbesondere eine oder zwei Verbindungen der Formel II,
- eine oder mehrere, insbesondere zwei bis fünf Verbindungen der Formeln IIIb, IIIc, worin L¹ und L² Fluor bedeuten,
- keine Verbindung der Formel IIIb, worin L¹ und L² H bedeuten.

Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Komponente B, vorzugsweise 25 bis 85%. Die Verbindungen der Gruppe B zeichnen sich insbesondere durch ihre niedrigen Werte für die Rotationsviskosität γ₁ aus.

Die Komponente B enthält neben einer oder mehreren Verbindungen der Formel II vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Zweiringverbindungen der folgenden Formeln IV1 bis IV9:

und/oder eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Dreiringverbindungen den Formeln IV10 bis IV28:

und/oder eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Vierringverbindungen der Formeln IV29 bis IV35:

worin R⁴ und R^4* die für R¹ in Formel I angegebenen Bedeutungen haben, L H oder F bedeutet, und die 1,4-Phenylenringe jeweils unabhängig voneinander auch ein- oder mehrfach durch Fluor substituiert sein können.

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IV29 bis IV35, worin R⁴ Alkyl und R^4* Alkyl oder Alkoxy, insbesondere Alkoxy, jeweils mit 1 bis 7 C-Atomen, bedeutet. Ferner bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IV28 und IV34, worin L F bedeutet.

R⁴ und R^4* in den Verbindungen der Formeln IV1 bis IV35 bedeuten besonders bevorzugt geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 12 C- Atomen.

Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten eine, zwei, drei oder vier Verbindungen der Formeln IV27 und/oder IV28.

Bevorzugte Verbindungen der Formel IV27 sind:

Vorzugsweise enthalten erfindungsgemäße Mischungen mindestens eine Verbindung der Formeln IV27a, IV27b und/oder IV27c. Insbesondere enthalten die Mischungen mindestens zwei Verbindungen der Vinyl verbindungen IV27a bis IV27c.

Die flüssigkristallinen Mischungen enthalten gegebenenfalls eine optisch aktive Komponente C in einer Menge, dass das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen, nematischen Flüssigkristallmischung größer 0,2 ist. Für die Komponente stehen dem Fachmann eine Vielzahl, zum Teil kommerziell erhältlicher, chiraler Dotierstoffe zur Verfügung, z. B. wie Cholesterylnona noat (CN), S-811 der Merck KGaA, Darmstadt und CB15 (BDH, Poole, UK). Die Wahl der Dotierstoffe ist an sich nicht kritisch.

Der Anteil der Verbindungen der Komponente C beträgt vorzugsweise 0 bis 10%, insbesondere 0 bis 5%, besonders bevorzugt 6 bis 3%.

Die erfindungsgemäßen Mischungen können auch gegebenenfalls bis zu 20% einer oder mehrerer Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von weniger als -2 (Komponente D) enthalten.

Falls die Mischungen Verbindungen der Komponente D enthalten, so sind dies vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen mit dem Strukturelement 2,3-Difluor-1,4-phenylen, z. B. Verbindungen gemäß DE-OS 38 07 801, 38 07 861, 38 07 863, 38 07 864 oder 38 07 908. Besonders bevorzugt sind Tolane mit diesem Strukturelement gemäß der Internationalen Patentanmeldung PCT/DE 88/00133.

Weitere, bekannte Verbindungen der Komponente D sind z. B. Derivate der 2,3-Dicyanhydrochinone oder Cyclohexanderivate mit dem Strukturelement:

gemäß DE-OS 32 31 707 bzw. DE-OS 34 07 013.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen keine Verbindungen der Komponente D.

Weitere, bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen, welche

- zusätzlich eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei heterocyclische Verbindungen der Formel Va und/oder Vb enthalten:
worin
R⁵ und R⁶ unabhängig voneinander Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen und
Y⁶ F oder Cl

bedeuten.

Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe, enthaltend Va und Vb, ist vorzugsweise 2 bis 35%, insbesondere 5 bis 20%.

- Zusätzlich eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei Tolan-Verbindungen der Formeln T2a und/oder T2b enthalten:
worin R⁷ und R⁸ unabhängig voneinander die für R¹ angegebene Bedeutung besitzen.

Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe, enthaltend T2a und T2b, ist vorzugsweise 0 bis 20%, insbesondere 0 bis 12%.

Der Ausdruck "Alkenyl" in der Bedeutung von R¹, R², R², R⁴, R^4*, R⁵, R⁶, R^6* und R⁷ umfasst geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen, insbe sondere die geradkettigen Gruppen. Besonders bevorzugte Alkenyl gruppen sind C₂-C₇-1E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl, C₅-C₇-4-Alkenyl, C₆-C₇-5-Alkenyl, und C₇-6-Alkenyl, insbesondere C₂-C₇-1E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl und C₅-C₇-4-Alkenyl.

Beispiele bevorzugter Alkenylgruppen sind Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl, 1E-Pentenyl, 1E-Hexenyl, 1E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl, 3E-Heptenyl, 4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl, 6-Heptenyl und dergleichen. Gruppen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Mischungen:

- eine oder mehrere Verbindungen der folgenden Formeln:
worin R⁴, R^4* und L die oben angegebenen Bedeutungen und L in Formel IV25 besonders bevorzugt F bedeutet. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen liegt vorzugsweise bei 10 bis 45%, insbesondere bei 15 bis 40%,
- wenigstens zwei Verbindungen der Formel IIIc und gegebenenfalls zusätzlich wenigstens eine Verbindung der Formel IIIb, worin L¹ und L² F bedeuten. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen liegt vorzugsweise bei 7 bis 50%, insbesondere bei 10 bis 40%;
- wenigstens eine Verbindung der Formeln VIa bis VIe:
worin R⁶ und R^6* jeweils unabhängig voneinander H, CH₃, C₂H₅ oder n-C₃H₇ und Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten, vorzugsweise n-Propyl und n-Pentyl, besonders bevorzugt jeweils wenigstens eine Verbindung der Formeln VIa und VIb:
worin Alkenyl eine Alkenylgruppe mit 2 bis 7 C-Atomen und Alkyl eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen bedeutet.

Die erfindungsgemäßen Mischungen zeichnen sich insbesondere beim Einsatz in TN- und STN-Anzeigen mit hohen Schichtdicken durch sehr niedrige Summenschaltzeiten aus (t_ges = t_on + t_off).

Die in den erfindungsgemäßen TN- und STN-Zellen verwendeten Flüssigkristallmischungen sind dielektrisch positiv mit Δε ≧ 1. Besonders bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen mit Δε ≧ 3, insbesondere mit Δε ≧ 5.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen weisen günstige Werte für die Schwellenspannung V_10/0/20 und für die Rotationsviskosität γ₁ auf. Ist der Wert für den optischen Wegunterschied d.Δn vorgegeben, wird der Wert für die Schichtdicke d durch die optische Anisotropie Δn bestimmt. Insbesondere bei relativ hohen Werten für d.Δn ist i. a. die Verwendung erfindungsgemäßer Flüssigkristallmischungen mit einem relativ hohen Wert für die optische Anisotropie bevorzugt, da dann der Wert für d relativ klein gewählt werden kann, was zu günstigeren Werten für die Schalt zeiten führt. Aber auch solche erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen, die erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen mit kleineren Werten für Δn enthalten, sind durch vorteilhafte Werte für die Schaltzeiten gekenn zeichnet.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen sind weiter durch vorteilhafte Werte für die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie gekenn zeichnet, und können insbesondere bei Temperaturen über 20°C mit hohen Multiplexraten betrieben werden. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen eine hohe Stabilität und günstige Werte für den elektrischen Widerstand und die Frequenz abhängigkeit der Schwellenspannung auf. Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen weisen einen großen Arbeitstemperaturbereich und eine gute Winkelabhängigkeit des Kontrastes auf.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit einer solchen Oberflächenbehandlung, dass die Vorzugsorientierung (Direktor) der je weils daran angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle von der einen zur anderen Elektrode gewöhnlich um betragsmäßig 160° bis 720° gegen einander verdreht ist, entspricht der für derartige Anzeigeelemente üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefasst und umfasst auch alle Abwandlungen und Modifikationen der TN- und STN- Zelle, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente sowie die zusätzliche Magnete enthaltenden Anzeigeelemente.

Der Oberflächentiltwinkel an den beiden Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt. Bevorzugte TN- Anzeigen weisen Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0° bis 7°, vorzugsweise 0,01° bis 5°, insbesondere 0,1 bis 2° auf. In den STN- Anzeigen ist der Anstellwinkel bei 1° bis 30°, vorzugsweise bei 1° bis 12° und insbesondere bei 3° bis 10°.

Der Verdrillungswinkel der TN-Mischung in der Zelle liegt dem Betrag nach zwischen 22,5° und 170°, vorzugsweise zwischen 45° und 130° und insbesondere zwischen 80° und 115°. Der Verdrillungswinkel der STN- Mischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungschicht liegt dem Betrag nach zwischen 100° und 600°, vorzugsweise zwischen 170° und 300° und insbesondere zwischen 180° und 270°.

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristall mischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die ge wünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweck mäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.

Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.

In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabel len A und B erfolgt. Alle Reste C_nH_2n+1 und C_mH_2m+1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die Alkenylreste weisen die trans- Konfiguration auf. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich der in der untenstehenden Tabelle angegebene Code für die Substituenten R¹, R², L¹, L² und L³.

Die TN- und STN-Displays enthalten vorzugsweise flüssigkristalline Mischungen, die sich aus einer oder mehreren Verbindungen aus den Tabellen A und B zusammensetzen.

Tabelle A

(L¹, L², L³ = H oder F)

Tabelle B

Tabelle C

In der Tabelle C werden mögliche Dotierstoffe angegeben, die in der Regel den erfindungsgemäßen Mischungen zugesetzt werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Es bedeutet: Klp. Klärpunkt (Phasenübergangs-Temperatur nematisch-isotrop)
S-N Phasenübergangs-Temperatur smektisch-nematisch
Visk. Fließviskosität (mm²/s, soweit nicht anders angegeben, bei 20°C)
Δn optische Anisotropie (589 nm, 20°C)
Δε dielektrische Anisotropie (1 kHz, 20°C)
steep Kennliniensteilheit = (V₉₀/V₁₀ - 1).100 [%]
V₁₀ Schwellenspannung = charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 10%
V₉₀ charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 90%

t_on Zeit vom Einschalten bis zur Erreichung von 90% des maximalen Kontrastes
t_off Zeit vom Ausschalten bis zur Erreichung von 10% des maximalen Kontrastes
Mux Multiplexrate
t_store Tieftemperatur-Lagerstabilität in Stunden (-20°C, -30°C, -40°C)

Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Pro zentzahlen sind Gewichtsprozente. Alle Werte beziehen sich auf 20°C, soweit nicht anders angegeben. Die Ansteuerung der Anzeigen erfolgt, soweit nicht anders angegeben, nicht multiplexiert. Die Verdrillung (twist) beträgt 240°, soweit nicht anders angegeben.

Beispiele Beispiel 1

PCH-3N.F.F	19,0%
ME2N.F	6,5%
ME3N.F	6,5%
ME4N.F	12,0%
CC-3-V1	5,0%
CVCP-V-1	4,0%
CVCP-V-01	4,5%
CVCP-1V-01	4,5%
CCZU-2-F	4,0%
CCZU-3-F	10,0%
PPTUI-3-2	10,0%
CBC-33F	4,0%
CCPC-33	5,0%
CCPC-34	5,0%

Klärpunkt [°C]: + 95@	Δε[589 nm; 20°C]: + 0,1440@	Verdrillung [°]: 240@	V₁₀[V]: 1,17

Beispiel 2

PCH-3N.F.F	19,0%
ME2N.F	6,0%
ME3N.F	6,0%
PZU-V2-N	11,0%
CC-3-V1	7,0%
CCP-V-1	10,0%
CVCP-V-O1	4,0%
CVCP-1V-O1	4,0%
CCZU-3-F	10,0%
PPTUI-3-2	10,0%
CBC-33F	3,0%
CCPC-33	5,0%
CCPC-34	5,0%

Klärpunkt [°C]: + 96@	Δε[589 nm; 20°C]: + 0,1434@	Verdrillung [°]: 240@	V₁₀[V]: 1,15

Beispiel 3

ME2N.F	3,0%
ME3N.F	3,0%
ME4N.F	8,0%
PCH-302	8,0%
CC-5-V	10,0%
PYP-5F	8,0%
PYP-32	4,0%
BCH-2F.F	6,0%
BCH-3F.F	4,5%
CCZU-3-F	12,0%
CCPC-33	5,0%
CCPC-34	4,0%
CBC-33F	3,0%
CBC-53F	3,0%
PPTUI-3-2	8,5%
PPTUI-3-4	10,0%

Klärpunkt [°C]: + 100@	Δε[589 nm; 20°C]: + 0,1656@	Verdrillung [°]: 90@	V₁₀[V]: 1,81

Beispiel 4

ME2N.F	3,0%
ME3N.F	3,0%
ME4N.F	9,0%
PCH-302	6,0%
CC-5-V	11,0%
PYP-5F	8,0%
PYP-32	4,5%
BCH-2F.F	6,0%
CCZU-2-F	3,5%
CCZU-3-F	12,0%
CCPC-33	5,0%
CCPC-34	4,0%
CBC-33F	3,0%
CBC-53F	3,0%
PPTUI-3-2	9,0%
PPTUI-3-4	10,0%

Klärpunkt [°C]: + 99@	Δε[589 nm; 20°C]: + 0,1639@	Verdrillung [°]: 90@	V₁₀[V]: 1,74

Beispiel 5

PCH-3N.F.F	19,0%
ME2N.F	6,0%
ME3N.F	6,0%
PZU-V2-N	7,0%
CC-3-V1	8,0%
CCP-V-1	15,0%
CCP-V2-1	11,0%
CVCP-V-01	4,0%
CVCP-1V-01	4,0%
CCZU-3-F	5,0%
PPTUI-3-2	10,0%
CCPC-33	5,0%

Klärpunkt [°C]: + 96@	Δε[589 nm; 20°C]: + 0,1404@	Verdrillung [°]: 240@	V₁₀[V]: 1,33

Beispiel 6

PCH-3N.F.F	19,0%
ME2N.F	6,0%
ME3N.F	6,0%
PZU-V2-N	11,0%
CC-3-V1	7,0%
CCP-V-1	13,0%
CCP-V2-1	7,0%
CVCP-V-O1	4,5%
CVCP-1V-O1	4,5%
CCZU-3-F	3,0%
PPTUI-3-2	9,0%
CCPC-33	5,0%
CCPC-34	5,0%

Klärpunkt [°C]: + 96@	Δε[589 nm; 20°C]: + 0,1414@	Verdrillung [°]: 240@	V₁₀[V]: 1,24

Claims

1. Nematische Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein oder mehrere Verbindungen der Formel I:
und ein oder mehrere Verbindungen der Formel II:
enthält,
worin die einzelnen Reste folgende Bedeutungen besitzen:
R¹, R²
und R^2* jeweils unabhängig voneinander eine gegebenenfalls fluorierte Alkyl-, Alkoxy-, Alkenyl oder Alkenyloxygruppe mit bis zu 12 C-Atomen, wobei auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und
Y F, Cl, OCF₃, OCHF₂ oder OCHFCF₃.

2. Nematische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Y in Formel I Fluor bedeutet.

3. Nematische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verbindung der Formel II1:
worin
x und y jeweils unabhängig voneinander 1-10 bedeuten, wobei x + y ≦ 10 ist,
bedeuten,
enthält.

4. Nematische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIIa bis IIIj enthält:
worin R³ eine für R¹ angegebene Bedeutung besitzt und L^1-4 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten.

5. Nematische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Verbindungen der Formeln III*i bis III*l enthält:

6. Nematische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formeln VIa bis VIe enthält:
worin
R⁶ und R^6* jeweils unabhängig voneinander H, CH₃, C₂H₅ oder n-C₃H₇, Alkyl eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten.

7. TN- oder STN-Flüssigkristallanzeige mit:
zwei Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristall mischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
Elektrodenschichten mit Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0 Grad bis 30 Grad, und
einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 22,5° und 600°,
einer nematischen Flüssigkristallmischung bestehend aus:

a) 15-75 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von über +1,5;
b) 25-85 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie zwischen -1,5 und +1,5;
c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente D, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von unter -1,5 und
d) gegebenenfalls einer optisch aktiven Komponente C in einer Menge, dass das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen, nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt,

dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel I enthält, und die Komponente A der Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel I enthält:
und die Komponente B der Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel II enthält:
worin
R¹, R²
R^2* und Y die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen haben.